DE60019091T2 - Radio communication system - Google Patents
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Description
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
ErfindungsgebietTHE iNVENTION field
Die vorliegende Erfindung betrifft Funkkommunikationssysteme und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Mobilfunkkommunikationssysteme.The The present invention relates to radio communication systems, and more particularly to but not exclusively, Mobile communication systems.
Stand der TechnikState of technology
Mobilfunkkommunikationssysteme enthalten eine Gruppe von Zellen, die jeweils durch eine entsprechende Basisstation versorgt werden. Jede Basisstation kommuniziert mit verschiedenen, in ihrer Zelle befindlichen Mobilstationen. Funkübertragungen zwischen einer Basisstation und einer ausgewählten Mobilstation unterliegen verschiedenen Beeinträchtigungen. Bei zellularen TDMA-Systemen (Time Division Multiple Access) wie GSM (Global System for Mobile Communications) oder EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) wird das Empfangssignal durch den zeitlich veränderlichen Mehrwegeausbreitungskanal verzerrt, wodurch Zwischensymbolinterferenz verursacht wird. Zusätzlich sind die Übertragungen durch Wärmerauschen beeinträchtigt, das sich sowohl aus Umgebungsrauschen als auch aus dem durch die Schaltung des Empfängers erzeugten Rauschen ergibt. Mobilstation und Basisstationsfunkempfänger arbeiten mit einer oder mehreren rauschbehafteten und verzerrten Wellenformen, die durch eine oder mehrere Empfängerantennen erhalten werden. Um die ursprünglichen übertragenen Daten aus den empfangenen Wellenformen zu entnehmen benutzen TDMA-Empfänger Entzerrungssysteme, die die Signalverzerrung und additive Störungen zu kompensieren versuchen. Solche Entzerrer arbeiten auf der Grundlage, daß jeder Signalburst eine einmalige Menge von Trainingssymbolen enthält. Herkömmlicherweise benutzen zellulare TDMA-Empfänger trelliscodierte Empfänger für ein oder mehrere Empfangssignale. Durch Verwendung bekannter, in jedem Burst übertragener Trainingssymbole ist der Trellisprozessor des Entzerrungssystems in der Lage, die übertragene Nutzlast aus den rauschbehafteten und verzerrten Empfangssignalen zu erkennen. Herkömmlicherweise arbeiten Trellisentzerrer mit einem ML-Kriterium (Maximum Likelihood) (siehe G. D. Forney Jr, "Maximum likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference" (Maximum-Likelihood-Folgenschätzung von digitalen Folgen in der Gegenwart von Zwischensymbolinterferenz), IEEE Trans Inform Theory, Band IT-18, Nr. 3, Seiten 363–378, Mai 1972) oder einem MAP-Kriterium (Maximum a posterion probability) (siehe L. R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek und J. Raviv, "Optimal decoding of linear codes for maximising symbol error rate" (Optimale Decodierung linearer Codes zum Maximieren der Symbolfehlerrate), IEEE Trans Inform Theory, Band IT-20, Seiten 284–287, März 1974) und arbeiten optimal auf Grundlage der Annahme, daß das Rauschen eine Gaußsche Verteilung aufweist.Mobile communication systems contain a group of cells, each by an appropriate one Base station to be supplied. Each base station communicates with various mobile stations in their cell. radio transmissions between a base station and a selected mobile station various impairments. In cellular TDMA systems (Time Division Multiple Access) such as GSM (Global System for Mobile Communications) or EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) is the received signal by the time variable Multipath propagation channel is distorted, causing intersymbol interference is caused. additionally are the transfers through heat exchange impaired resulting from both ambient noise and from the through Circuit of the receiver generated noise results. Mobile station and base station radio receiver work with one or more noisy and distorted waveforms, by one or more receiver antennas to be obtained. To the original transferred Take data from the received waveforms use TDMA receiver equalization systems, which try to compensate for signal distortion and additive noise. Such equalizers operate on the basis that each signal burst is unique Contains a set of training symbols. traditionally, use cellular TDMA receivers trellis-coded receiver for a or several received signals. By using known, in each Burst transmitted Training symbols is the trellis processor of the equalization system capable of being transferred Payload from the noisy and distorted received signals to recognize. traditionally, work trellis equalizers with a ML criterion (maximum likelihood) (see G.D. Forney Jr, "Maximum likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference "(maximum likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference), IEEE Trans Inform Theory, Vol. IT-18, No. 3, pp. 363-378, May 1972) or a MAP criterion (maximum a posterion probability) (See L.R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek and J. Raviv, Optimal decoding of linear codes for maximizing symbol error rate "(Optimal decoding of linear codes to maximize symbol error rate), IEEE Trans Inform Theory, Volume IT-20, pages 284-287, March 1974) and work optimally based on the assumption that the noise a Gaussian Distribution.
Ein zusätzliches Problem entsteht in der Gegenwart von Gleichkanalstörung (CCI – Co-channel interference). Um den spektralen Wirkungsgrad zu erhöhen verwenden zellulare Funksysteme gewöhnlich Frequenzwiederverwendung. Während die Basisstationen unmittelbar benachbarter Zellen mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, ist die Anzahl von verfügbaren Frequenzen begrenzt und so arbeiten einige weiter entfernte Zellen mit der gleichen Frequenz. Wenn die Zellen kleiner werden, rücken sie mehr zusammen und so steigt die Interferenz zwischen Zellen, d.h. eine Basis- oder Mobilstation in einer Zelle empfängt nicht nur ein Signal der Frequenz f von der Mobil- oder Basisstation, mit der eine Verbindung hergestellt worden ist, sondern auch ein Interferenzsignal der Frequenz f von einer Mobil- oder Basisstation in einer anderen Zelle, die mit der gleichen Frequenz arbeitet. Da solche Interferenzsignale nicht gaußisch sind, erfordert das trelliscodierte Entzerrungssystem ein korrektes Raumzeitmodell der CCI. Wenn die Störung nicht genau modelliert oder geschätzt werden kann, wie häufig der Fall ist, wird der trelliscodierte Entzerrer suboptimal und erfährt eine bedeutende Leistungsminderung. Selbst wenn ein geeignetes Modell für die CCI entwickelt werden kann, ist der sich ergebende Empfänger häufig zu kompliziert, um wirkungsvoll realisiert zu werden. In einem durch Interferenz begrenzten Szenario bieten Raumzeit-Filterungsverfahren (siehe A. M. Kuzminskiy, C. Luschi und P. Strauch, "Comparison of linear and MISE spatio-temporal interference rejection combing with an antenna array in a GSM system" (Vergleich linearen und MISE-Raumzeitinterferenzunterdrückungshemmung mit einer Antennengruppe in einem GSM-System) in Proc VTC 2000, Tokyo, Japan, Mai 2000) eine bessere Leistung, besonders für Mehrantennenempfänger. Diese Verfahren funktionieren jedoch schlecht in rauschbegrenzten Szenarios.One additional Problem arises in the presence of co-channel interference (CCI). To increase the spectral efficiency use cellular radio systems usually Frequency reuse. While the base stations immediately adjacent cells with different Frequencies work, the number of available frequencies is limited and so some farther cells are working at the same frequency. As the cells get smaller, they move together more and more thus the interference between cells, i. a base or Mobile station in a cell receives not just a signal of frequency f from the mobile or base station, with which a connection has been made, but also a Interference signal of frequency f from a mobile or base station in another cell that works at the same frequency. Since such interference signals are not Gaussian, this requires trellis-coded Equalization system a correct space-time model of the CCI. If the disorder can not be accurately modeled or estimated how often the Case, the trellis coded equalizer becomes suboptimal and undergoes one significant reduction in performance. Even if a suitable model for the CCI can be developed, the resulting receiver is often too complicated, to be realized effectively. In one by interference limited scenario provide space-time filtering method (see A. M. Kuzminskiy, C. Luschi and P. Strauch, "Comparison of linear and MISE spatio-temporal interference rejection combing with an antenna array in a GSM system "(compare linear and MISE space-time interference cancellation inhibition with an antenna group in a GSM system) in Proc VTC 2000, Tokyo, Japan, May 2000) better performance, especially for multi-antenna receivers. These However, methods work poorly in noise-limited scenarios.
Es sind Empfänger zum Implementieren einer Raumzeitfilterungsstufe gefolgt von einem Trellisprozessor (siehe A. J. Paulraj und C. B. Papadias "Space-time processing for wireless communication" (Raumzeitverarbeitung für drahtlose Kommunikation), IEEE Signal Proc Mag, Seiten 40–84, November 1997) vorgeschlagen worden. Diese Strategie ergibt jedoch besonders bei einer Softwareimplementierung eines derartigen Entzerrers eine bedeutende Steigerung des Implementierungsaufwands.It are recipients for implementing a space-time filtering stage followed by a Trellis processor (see A. J. Paulraj and C. B. Papadias "Space-time processing for wireless communication "(space-time processing for wireless Communication), IEEE Signal Proc Mag, pp. 40-84, November 1997) Service. However, this strategy results especially in a software implementation of such an equalizer, a significant increase in implementation effort.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Funkkommunikationssystem bereitzustellen, mit dem sowohl Rauschen als auch Interferenzstörungen wirkungsvoller und billiger gehandhabt werden können.It is an object of the present invention to provide an improved radio communication system with which both noise and interference interference can be made more efficient and cheaper can be handled.
Kurze Beschreibung der ErfindungShort description the invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein zellulares Funkkommunikationssystem mit einer Mehrzahl von Zellen bereitgestellt, die jeweils eine Basisstation aufweisen, die eine Mehrzahl von Mobilstationen bedient, wobei mindestens eine dieser Stationen einen Empfänger zum Empfangen eines Datensignals und jeglichen begleitenden Rauschens, das von der Station ausgebreitet wird, mit der eine Verbindung hergestellt worden ist, und eines von einer Station in einer anderen Zelle ausgebreiteten Störsignals aufweist, wobei diese mindestens eine Station ein trelliscodiertes Entzerrungssystem aufweist, das so arbeitet, daß es übertragene Datensymbole aus den begleitenden Störungen in dem verzerrten Empfangssignal erkennt, ein Raumzeitfilter zum Verarbeiten des Empfangssignals zum Minimieren der Signalverzerrung und der dazugehörigen Störungen, und einen Schalter, der auf vorbestimmte Kriterien bezüglich des Wertes der Leistung des Rauschsignals relativ zu dem Wert der Leistung von Störsignalen im Empfangssignal reagiert, um das Empfangssignal vom trelliscodierten Entzerrungssystem zum Raumzeitfilter und umgekehrt umzuschalten.According to the present The invention will be a cellular radio communication system having a plurality provided by cells each having a base station, serving a plurality of mobile stations, wherein at least one These stations have a receiver for receiving a data signal and any concomitant noise is spread by the station with which a connection is made and a jamming signal propagated from one station in another cell having at least one station a trelliscoded Equalization system that operates to output transmitted data symbols the accompanying errors recognizes in the distorted received signal, a space-time filter for Processing the received signal to minimize the signal distortion and related disorders, and a switch responsive to predetermined criteria regarding the Value of the power of the noise signal relative to the value of the power of interfering signals in the received signal responds to the received signal from the trellis coded Equalization system to the space time filter and vice versa.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Es wird nunmehr beispielhafterweise ein die vorliegende Erfindung verwirklichendes zellulares Funkkommunikationssystem unter Bezugnahme auf die beiliegenden diagrammatischen Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:It Now, by way of example, the present invention will be realized cellular radio communication system with reference to the attached diagrammatic drawings described. In the drawings:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention
Das
in
Die
Ausgabe jeder Eingangsstufe wird über einen entsprechenden Schalter
Im
Betrieb überträgt die Mobilstation
Das
trelliscodierte Entzerrungssystem, das eine Viterbi-ML- oder MAP-Entzerrung
sein kann, arbeitet mit der Annahme, daß die das Datensignal begleitende
gesamte additive Störung,
d.h. Wärmerauschen
plus CCI, eine Gaußsche
Verteilung aufweist. Wenn der Schalter
Interferenz
von einer anderen Mobilstation weist jedoch keine Gaußsche Verteilung
auf und wenn daher die Interferenz einen bestimmten Pegel erreicht,
beginnt die Leistung des trelliscodierten Entzerrungssystems sich
zu verschlechtern. An dieser Stelle wird der Schalter
Im
Fall des Raumzeitfilters
Die
Schalter
Ein
Beispiel einer möglichen
Realisierung der Schaltersteuerung
So können Rausch- und Interferenzleistung PN und PI wie auch die Gesamtleistung Ps des Empfangssignals bestimmt werden.Thus, noise and interference power P N and P I as well as the total power Ps of the received signal can be determined.
Da die Durchschnitts-Rauschleistung PN ein Empfängerkonstruktionsparameter ist und im allgemeinen konstant bleibt und während sich die Interferenzleistung von Burst zu Burst ändert, ist es möglich, die Werte von PN und PI dadurch zu bestimmen, daß man sich auf eine Kenntnis des Grund-Wärmerauschens verläßt.Since the average noise power P N is a receiver design parameter and generally remains constant, and while the interference power varies from burst to burst, it is possible to determine the values of P N and PI by relying on a knowledge of the fundamental. Heat exchange leaves.
Mit
zwei gegebenen vorgewählten
Konstanten "h1" und "h2", die im voraus in
einer Nachschlagetabelle gespeichert sind und auf einer Funktion
des geschätzten
Signal-Rausch-Verhältnisses
(SNR) bzw. des geschätzten
Signal-Interferenz-Verhältnisses
(SIR) beruhen, sind die Schaltkriterien, mit denen die Schaltersteuerung
Wenn
das geschätzte
SNR weniger als SIR und plus h2 dB ist,
dann werden die Schalter
Um
die Wirksamkeit des Algorithmus zu prüfen wurde eine Simulation mit
den Werten h1 = h2 =
5 dB durchgeführt.
Die Simulation wurde unter Verwendung eines EDGE-Empfängers
(enhanced data for GSM evolution) mit zwei Antennen durchgeführt. Die Interferenz
war asynchron mit einem SIR von 15 dB. Es wurde angenommen, daß ein typischer
Ausbreitungskanal in einem Stadtgebiet mit einer Geschwindigkeit
von 3 km/h benutzt wurde. Die Bitfehlerrate wurde über SNR
für das
Trellis-Entzerrungssystem
Während beschrieben wurde, daß die Basisstation ein Raumzeitfilter, ein trelliscodiertes Entzerrungssystem und einen Schalter zum Umschalten zwischen diesen aufweist, ist ersichtlich, daß die gleichen Komponenten stattdessen oder ebenfalls in die Mobilstation eingebaut sein können.While described was that the Base station a space-time filter, a trellis-coded equalization system and a switch for switching between them is it can be seen that the same components instead or also in the mobile station can be installed.
Während auch beschrieben worden ist, daß die Basisstation eine Antennengruppe aufweist, kann sie nur eine einzige Antenne aufweisen. Während beschrieben wurde, daß die Mobilstation nur eine einzige Antenne aufweist, kann sie mehrere Antennen aufweisen. Während durch die Verwendung mehrerer Antennen die Menge an verwendeten Schaltungen allgemein gesteigert wird, bestehen die nützlichen Wirkungen darin, daß durch Kombinieren der Ausgaben der verschiedenen Antennen das Datensignal verstärkt werden kann, während die Rausch- und Interferenzsignale so kombiniert werden können, daß sie sich selbst auslöschen.While too has been described that the Base station has an antenna array, it can only a single Have antenna. While has been described that the Mobile station has only a single antenna, it can be several Have antennas. While through the use of multiple antennas the amount of circuits used is generally increased, the beneficial effects are that by Combining the outputs of the different antennas the data signal reinforced can be while the intoxication and Interference signals can be combined to extinguish themselves.
An der Kombination und Anordnung der oben in der Beschreibung angeführten und in den Zeichnungen dargestellten Elemente können Änderungen durchgeführt werden, wobei es sich versteht, daß Änderungen an der offenbarten Ausführungsform durchgeführt werden können, ohne aus dem in den nachfolgenden Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu weichen.At the combination and arrangement of those listed above in the description and Changes can be made in the elements shown in the drawings it being understood that changes in the disclosed embodiment carried out can be without from the scope defined in the following claims To deviate invention.
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